Mousse métallique - Amélioration des performances de démarrage à froid des piles à combustible

Commercialisémousses métalliquessont actuellement une bonne alternative potentielle aux coureurs conventionnels pour les piles à combustible en raison de leur microstructure poreuse, de leur porosité élevée et de leur bonne mécaniqueDansforce cal.
Tout d'abord, les performances de polarisation de la batterie en conditions normales de fonctionnement à température ambiante ont été analysées. La cathode étant l'électrode principale limitant les performances de la batterie, des circuits d'écoulement parallèles conventionnels sont utilisés pour l'anode des deux cellules individuelles, et pour la cathode avec un nouveau nickel-métal.Moussechamp d'écoulement, respectivement.
Afin de mieux refléter les différences de débit et de performance entre les deux champs d'écoulement, l'étude a utilisé un champ d'écoulement à cellules fines de 1,5 cm × 20 cm (les gaz s'écoulant tous le long du côté long), ce qui a quelque peu réduit les performances de la cellule d'origine et, par conséquent, les performances de polarisation de la cellule n'étaient pas élevées. De plus, le même MEA (Nafion-112) a été utilisé pour les deux cellules testées. En raison de la courbure plus importante du minuscule canal d'écoulement dans le champ d'écoulement de la mousse métallique, la perte de charge aux deux extrémités est plus élevée que dans le simple canal d'écoulement long et droit du champ d'écoulement conventionnel, ce qui améliore l'alimentation en gaz de la cathode, la pression de fonctionnement et la vitesse de réaction électrochimique. Parallèlement, cela nécessite une consommation plus importante de puissance du moteur à gaz sous pression et augmente les pertes par pompage. La densité de puissance maximale est plus élevée pour les cellules avecmousse métalliqueChamps d'écoulement : à faible courant, la densité de puissance est légèrement inférieure à celle des cellules à champ d'écoulement classiques. Globalement, les avantages de l'utilisation d'un champ d'écoulement en mousse métallique restent significatifs. À long terme, grâce à l'écoulement plus uniforme du gaz et de l'eau liquide dans le champ d'écoulement en mousse métallique, un champ d'écoulement plus court peut être utilisé dans des applications pratiques, ou l'utilisation d'une alimentation croisée verticale cathode-anode (le gaz anodique circule le long du côté long du canal d'écoulement traditionnel, tandis que le gaz cathodique circule le long du côté court du champ d'écoulement en mousse), ce qui réduit encore les pertes de pompage dues aux chutes de pression à l'entrée et à la sortie de la cathode. Cela devrait permettre d'améliorer les performances de la batterie et de maintenir une densité de puissance comparable, voire supérieure, à celle du canal d'écoulement traditionnel, ce qui est réalisable à long terme. Par conséquent, on s'attend à ce que les performances de la cellule soient améliorées tout en maintenant des pertes de pompage comparables, voire inférieures, à celles du canal d'écoulement traditionnel.
D'autre part, pour répondre au problème des conditions de démarrage en dessous de zéro, nous comparons de manière exhaustive les performances de démarrage dynamique des piles à combustible avec un champ d'écoulement en mousse métallique et un canal d'écoulement parallèle conventionnel à la cathode dans des modes de courant constant et de tension constante, respectivement.
D'autre part, pour la condition de démarrage sous zéro populaire, nous comparons de manière exhaustive les performances de démarrage dynamique des piles à combustible avec un champ d'écoulement en mousse métallique et un canal d'écoulement parallèle conventionnel à la cathode sous des modes de courant constant et de tension constante, respectivement.
Le champ d'écoulement mousse-métal présente d'excellents avantages, avec des performances cellulaires stables pendant le démarrage et un démarrage réussi, tandis qu'au contraire, la cellule à canal d'écoulement parallèle conventionnelle, avec une tension de sortie cellulaire plus faible et instable pendant le fonctionnement, améliore le taux de production de chaleur et le taux d'augmentation de la température dans une certaine mesure, mais en raison du nombre réduit de canaux d'écoulement, la possibilité de givrage et de colmatage augmente linéairement (en fonction du nombre de canaux d'écoulement), ce qui conduit à des performances de sortie cellulaire fluctuantes. Cependant, la probabilité de colmatage par la glace augmente linéairement (en fonction du nombre de canaux d'écoulement), ce qui entraîne des performances de sortie cellulaire fluctuantes et une probabilité accrue d'échec de démarrage.
En résumé, l’excellente structure poreuse de la pile à combustible avecmétal mousseLe champ d'écoulement présente des avantages significatifs par rapport à la cellule avec un canal d'écoulement traditionnel à « tranchée-crête » dans des conditions de fonctionnement à température ambiante et de démarrage dynamique sous zéro.
La densité de puissance maximale et la densité de courant ultime duBatterieà température ambiante, elles augmentent d'environ 25 % ;
Dans des conditions de démarrage inférieures à zéro, les performances des batteries avec champ d'écoulement en mousse métallique sont plus fluides lors du démarrage et la capacité de démarrage automatique à basse température est considérablement améliorée.
De plus, l'utilisation de traitements plus optimisés pour les matériaux métalliques en mousse, tels que le placage à l'or pour améliorer la conductivité, des traitements d'hydrophobicité et de résistance à la corrosion plus appropriés, et l'utilisation dematériaux en mousseavec des tailles de pores, une porosité et des taux de compression plus optimisés, on s'attend à ce que cela renforce encore les performances opérationnelles de la pile à combustible et améliore la durabilité du cycle de démarrage à froid.